Міграційний компас у голові: науковці пояснили, як птахи орієнтуються в небі та знаходять шлях на інший кінець світу

Чи замислювались ви, що деякі перелітні птахи – наприклад, полярні крячки – за своє життя подорожують настільки далеко, що цього вистачило б, аби злітати до Місяця і повернутися назад? Щоб здійснювати такі вражаючі перельоти, їм потрібно ідеально орієнтуватися в просторі – уникати помилкових напрямків і не витрачати енергію даремно.

Журналісти Live Science вирішили з’ясувати, як саме птахам це вдається без допомоги навігаторів чи карт. У процесі міграції птахи використовують складну систему чутливих механізмів. Деякі з них науці вже відомі, тоді як інші залишаються предметом досліджень.

"Птахи орієнтуються за допомогою багатьох сигналів, щоб втримувати курс під час тривалих перельотів", – розповіла Міріам Лідфогель, керівниця Інституту орнітологічних досліджень у Німеччині.

Перш за все, птахи покладаються на зір і нюх. Ті, хто вже неодноразово пролітав знайомим маршрутом, можуть упізнавати рельєф – річки, узбережжя, гірські масиви. Але над морем ситуація ускладнюється: візуальні підказки відсутні, і тоді ключовим стає нюх. В одному з експериментів вчені тимчасово заблокували носові проходи середземноморським буревісникам (Calonectris diomedea). У результаті птахи чудово орієнтувалися над сушею, однак повністю втрачали здатність визначати напрямок над відкритою водною поверхнею.

Птахи мають здатність орієнтуватися за небесними тілами – зокрема, сонцем і зірками. Видимість цих орієнтирів залежить від часу доби, у який здійснюється переліт. Ті види, що мігрують вдень, використовують так званий "сонячний компас". Цей механізм функціонує завдяки здатності птахів пов’язувати положення сонця на небі з власним "внутрішнім годинником" – біологічним ритмом, який визначає, яка саме пора доби.

Читайте також: Чому у гремучої змії є "брязкальце" та яке його призначення

Зіставляючи положення сонця з часом, який "підказує" їм їхній циркадний ритм, птахи можуть точно обирати напрям польоту. По суті, їхній мозок виконує роль природного GPS-навігатора, що працює на основі світлових сигналів. Дослідники встановили, що коли біоритми птаха збиваються – наприклад, через вплив яскравого штучного освітлення вночі – точність його орієнтації помітно знижується. Це підтверджує, наскільки важливою є роль "сонячного компаса" у міграціях.

Примітно, що більшість птахів вирушає в подорож саме вночі, тож сонце не може слугувати їм орієнтиром. У темряві пернаті покладаються на зорі. Вони запам’ятовують розміщення сузір’їв навколо небесного полюса – тієї самої умовної точки, яку позначає Полярна зірка. Людство, до речі, також здавна користувалося цим орієнтиром у навігації – як на морі, так і на суходолі.

Магнітне чуття

Але як бути птахам, коли небо вкрите хмарами і орієнтуватися за зірками чи сонцем неможливо, а знайомий рельєф також недоступний? У таких умовах птахи активують одну з найбільш вражаючих і незбагненних своїх здатностей – відчуття магнітного поля. Цей феномен називають магніторецепцією. Завдяки йому пернаті можуть "бачити" геомагнітне поле планети, яке формується через рухи розпечених металів у ядрі Землі.

Звучить фантастично, але наука підтверджує: навіть незначне порушення магнітного фону здатне спричинити повну дезорієнтацію у птахів. Так, в одному з експериментів зміна магнітного поля навколо голубів позбавила їх здатності знаходити шлях додому.

Хоча здатність птахів відчувати магнітне поле вже не викликає сумнівів, принцип її дії залишається не до кінця зрозумілим. Професор хімії з Оксфорда Пітер Хор вважає, що механізм орієнтації пов’язаний із хімічними реакціями, чутливими до напрямку та сили магнітних ліній.

Одне з найпоширеніших припущень – що ключову роль відіграє криптохром, білок, який міститься в сітківці очей птахів. У лабораторіях уже вдалося показати, що криптохром реагує на магнітне поле, проте для цього потрібне синє світло. Ба більше, попередні дослідження довели: без джерела синього світла ця магнітна "навігація" просто не вмикається.

Читайте також: Вчені знайшли у Канаді древню скамʼянілість радіодонта: мав три ока та гострі шипи

Попри результати досліджень, науковці все ще не можуть із впевненістю сказати, чи має криптохром достатню чутливість для виявлення слабких змін магнітного поля Землі. Це питання поки залишається без остаточної відповіді.

"Наші уявлення про те, як саме працює цей "біологічний компас", досі надзвичайно обмежені. Ба більше, ми навіть не знаємо точну кількість молекул криптохрому, присутніх у сітківці ока птахів", – зазначає професор Пітер Хор.

Існують також дослідження, які вказують на інший можливий механізм магнітного чуття – вже не в очах, а в дзьобі. У птахів у верхній його частині виявили особливі рецептори, що здатні взаємодіяти з магнетитом – мінералом, що містить залізо. Ці рецептори мають нейронний зв’язок із мозком, що дає підстави вважати: птахи можуть сприймати магнітне поле ще й за допомогою дзьоба як додаткового сенсорного інструменту.

Окрім цього, пернаті здатні орієнтуватися завдяки поляризованому світлу – особливій формі світлових хвиль, які коливаються в одному напрямку. Коли сонячне світло проходить крізь атмосферу, воно розсіюється і набуває передбачуваної поляризації. Завдяки спеціальним рецепторам у сітківці птахи можуть "бачити" ці візерунки навіть у похмуру погоду, що дозволяє їм визначати положення сонця, коли воно приховане за хмарами.

Що з цього випливає

Як люди вдень орієнтуються здебільшого за зоровими сигналами, а в темряві покладаються на дотик, так і птахи використовують різні органи чуття в залежності від обставин. "Можливо, птахи комбінують інформацію з кількох "компасів" під час міграції, і важливість кожного з них змінюється на різних етапах їхнього шляху", — пояснює Міріам Лідфогель.

Пітер Хор додав, що магніторецепція стає менш ефективною в моменти гроз чи підвищеної сонячної активності, коли магнітне поле Землі зазнає спотворень.

Усе це базується на глибоко вкоріненому генетичному інстинкті міграції. За словами Лідфогель, прагнення птахів до міграцій передається спадково, а напрямок і відстань польотів у більшості випадків закладені у їхньому геномі. Вчені, зокрема Лідфогель, продовжують досліджувати конкретні гени, які відповідають за цей процес, та спосіб їхньої роботи.

Обидва науковці, з якими спілкувалося видання, підкреслили, що краще розуміння цих навігаційних механізмів є вкрай важливим для майбутніх зусиль зі збереження птахів. Програми переселення та відновлення диких популяцій — один із ключових напрямів охорони природи, але наразі їхні результати доволі неоднозначні. Один із досліджених випадків показав, що до 45% переселених птахів не залишалися на нових територіях. "Людські спроби переселити цих птахів поки що не можна вважати особливо успішними", – визнає Хор.

Раніше ми розповідали, що вчені дізнались, як древні рептилії пережили наймасштабнішу посуху на Землі.

Бажаєте отримувати найактуальніші новини про війну та події в Україні – підписуйтесь на наш Telegram-канал!